MATEMATIIKAN JA LUONNONTIETEIDEN OPETUKSEN KEHITTÄMISHANKKEEN TOINEN LÄHTÖTASOARVIOINTI

Transkriptio

1 Antti Rajakorpi MATEMATIIKAN JA LUONNONTIETEIDEN OPETUKSEN KEHITTÄMISHANKKEEN TOINEN LÄHTÖTASOARVIOINTI PERUSKOULUISSA JA LUKIOISSA SYKSYLLÄ 1999 PIDETYN LUONNONTIETEEN KOKEEN TULOKSET Arviointi 10/2000 OPETUSHALLITUS

2 Opetushallitus Taitto: Sirpa Ropponen ISBN X ISSN Yliopistopaino, Helsinki 2000

3 TIIVISTELMÄ Opetushallituksen matematiikan ja luonnontieteiden projekti järjesti valtakunnalliseen matematiikan ja luonnontieteiden opetuksen kehittämishankkeen (LUMA) vaikutusten arviointiin liittyvän luonnontieteiden toisen lähtötasomittauksen syksyllä Mittaus on jatkoa 1996 aloitetulle laadunarviointityölle, ja se suunnattiin kahdelle kohderyhmälle: peruskoulun 7. luokan syksyllä 1999 aloittaneille oppilaille ja lukion ensimmäisen vuoden opiskelun samoin syksyllä 1999 aloittaneille opiskelijoille. Lähtötasomittauksen avulla arvioitiin luonnontieteiden osaamisen tasoa, koulutuksellisen tasa-arvon toteutumista sekä LUMA-hankkeen vaikutuksia oppimistuloksiin vertaamalla pilottikouluissa saavutettuja tuloksia vertailukoulujen tuloksiin ja vuonna 1996 järjestetyn ensimmäisen lähtötasokokeen tuloksiin. Peruskoulujen kokeeseen osallistui pilottiyläasteiden oppilasta 36 koulusta sekä 690 vertailuyläasteiden oppilasta 23 koulusta. Lukioiden kokeeseen osallistui opiskelijaa 34 pilottilukiosta ja 658 opiskelijaa 23 vertailulukiosta. Kunkin koulun koeryhmän keskikoko oli noin 30 oppilasta. Sekä pilotti- että vertailukoulut olivat samoja kuin vuoden 1996 lähtötasomittauksessa. Peruskoulun koe koostui 21 monivalintatehtävästä ja viidestä tuottamistehtävästä. Lukion kokeessa oli 22 monivalintatehtävää, 11 tuottamistehtävää ja kaksi yhdeksänosaista väittämää. Peruskoulun sekä pilotti- että verrokkiryhmän ympäristö- ja luonnontiedon yleisin todistusarvosana oli kahdeksan. Lukiolaisten kaikkien luonnontieteiden yleisin arvosana oli yhdeksän. Peruskoululaisten koeryhmien tyttöjen arvosanat olivat tilastollisesti erittäin merkitsevästi parempia kuin poikien. Myös pilottilukioiden tyttöjen biologian ja maantiedon arvosanat olivat erittäin merkitsevästi poikien arvosanoja paremmat, mutta fysiikassa poikien keskiarvo oli merkitsevästi parempi. Verrokkilukioiden ryhmässä poikien ja tyttöjen väliset arvosanaerot olivat pienempiä, mutta eri aineiden väliset arvosanaerot olivat suuremmat kuin pilottilukioissa. Osaamista tarkasteltiin ratkaisuprosenttien perusteella asteikolla: > 80 % kiitettävä, 80 % 60 % tyydyttävä, 60 % 40 % välttävä ja < 40 %, heikko. Peruskoulun koeryhmät osasivat monivalintatehtävät keskimäärin tyydyttävästi (pilotit 77,6 % ja verrokit 77,1 %). Tuottamistehtävien ratkaisuprosentti oli sekä piloteilla että verrokeilla noin 10 prosenttiyksikköä alempi kuin monivalintakokeessa, osaamisluokka oli kuitenkin tyydyttävä. Koko kokeen ratkaisuprosenttikeskiarvojen mukaan osaaminen oli tyydyttävää (pilotit 74,6 % ja verrokit 74,1 %). Pilotti- ja verrokkikoulujen tuloserot eivät olleet tilastollisesti merkitseviä. Pilotti- ja verrokkiperuskoulujen pojat saivat erittäin merkitsevästi paremman tuloksen monivalintakokeessa kuin tytöt. Pilottiryhmän tytöt osasivat tuottamistehtävät vähän poikia paremmin, mutta verrokkiryhmässä pojat olivat tässäkin osakokeessa parempia kuin tytöt. Tuottamiskokeen eroilla ei ollut tilastollista merkitsevyyttä. Koko kokeessa pilottikoulujen poikien ja tyttöjen tulokset eivät eronneet merkitsevästi toisistaan, mutta verrokkikoulujen pojat saivat erittäin merkitsevästi paremman koekeskiarvon kuin verrokkitytöt. Suomen- ja ruotsinkielisten pilottiperuskouluryhmien tulokset eivät eronneet toisistaan tilastollisesti merkitsevästi. 3

4 EU6-alueen eli harvaan asutun alueen pilottiyläasteiden ryhmä sai koko kokeessa erittäin merkitsevästi paremman tuloksen kuin EU0-alueen ryhmä. Verrokkien maaseutukoululaiset saivat merkitsevästi paremman tuloksen kuin kaupunkikoululaiset koko kokeessa. Vuoden 1999 peruskouluryhmät osasivat monivalintatehtävät selvästi paremmin, tuottamistehtävät huonommin mutta kokonaisuuden paremmin kuin vuoden 1996 kokeeseen osallistuneet oppilaat. Pilotti- ja verrokkilukioiden opiskelijat osasivat monivalintatehtävät tyydyttävästi (pilotit 64,1 % ja verrokit 62,9 %). Pilotti- ja verrokkiryhmän pistekeskiarvot eivät eronneet merkitsevästi, mutta kummankin koeryhmän pojat saivat erittäin merkitsevästi paremmat tulokset kuin tytöt. Tuottamistehtävien osakokeen ratkaisuprosenttien keskiarvot olivat sekä piloteilla (39,0 %) että verrokeilla (38,3 %) samaa tasoa ja osaamisluokka oli heikko. Poikien osaaminen oli kuitenkin sen verran tyttöjen osaamista parempaa, että heidän keskiarvonsa oikeutti osaamisluokkaan välttävä, kun sen sijaan tyttöjen osaamisluokka oli heikko. Koko kokeessa pilottien vähän paremmalla tuloksella (53,9 %) verrokkien keskiarvoon (53,1 %) nähden ei ollut tilastollista merkitsevyyttä. Sen sijaan sekä pilotti- että vertailulukioiden poikien koetulokset olivat tilastollisesti erittäin merkitsevästi paremmat kuin tyttöjen. Suomenkielinen pilottilukiolaisten ryhmä sai monivalinta- ja tuottamisosakokeista sekä koko kokeesta erittäin merkitsevästi paremmat tulokset kuin vastaava ruotsinkielinen ryhmä. Verrokkiryhmien väliset erot eivät olleet tilastollisesti merkitseviä. Kaupunkikoulujen pilottilukiolaisten koko kokeen tulos oli tilastollisesti merkitsevästi parempi kuin maaseutukoulujen lukiolaisten. Verrokkien vastaava ero oli tilastollisesti melkein merkitsevä. Verrattaessa lukioiden vuoden 1996 kokeen tuloksia vuoden 1999 koetuloksiin havaittiin vuoden 1999 pilottilukioiden opiskelijoiden, erityisesti poikien osanneen jonkin verran ensimmäisen lähtötasomittauksen pilottiryhmiä paremmin: osakokeittain ratkaisuprosenttikeskiarvo oli vuoden 1999 pilottipoikien ryhmällä runsaasta kahdesta prosenttiyksiköstä vajaaseen neljään prosenttiyksikköön suurempi kuin vuoden 1996 poikaryhmällä. Verrokkilukioiden tuloksissa ei ollut eroa. Avainsanat: LUMA-hanke, arviointi, peruskoulu, lukio, ympäristö- ja luonnontieto, luonnontieteet, biologia, maantieto, fysiikka, kemia, oppimistulokset, koulutuksellinen tasa-arvo. 4

5 SAMMANDRAG Utvecklingsprojektet i matematik och naturvetenskapliga ämnen vid Utbildningsstyrelsen anordnade hösten 1999 den andra mätningen av utgångsnivån i de naturvetenskapliga ämnena i den grundläggande utbildningen samt i gymnasiet. Denna mätning gjordes i anslutning till utvärderingen av effekterna av det riksomfattande projektet i matematik och naturvetenskapliga ämnen (LUMA). Mätningen är en fortsättning på den utvärdering av undervisningens kvalitet som inleddes år Mätningens två målgrupper var de elever som hösten 1999 började i åk 7 i den grundläggande utbildningen och de elever som inledde sina gymnasiestudier samma höst. Med hjälp av mätningen av utgångsnivån, utvärderades elevernas kunskapsnivå i de naturvetenskapliga ämnena, jämlikheten i utbildningen samt LUMA-projektets inverkan på inlärningsresultaten. Projektets inverkan fastställdes genom att jämföra resultaten med resultaten från den första mätningen år I utvärderingen av kunskapsnivån i den grundläggande utbildningen, deltog 1073 elever från 36 pilotskolor samt jämförelsegrupper bestående av sammanlagt 690 elever från 23 skolor. I gymnasieutvärderingen deltog 1007 elever från 34 pilotgymnasier samt jämförelsegrupper bestående av sammanlagt 658 elever från 23 gymnasier. Provgruppen i varje skola omfattade i genomsnitt ca 30 elever. Såväl pilotskolorna som jämförelsegrupperna var de samma som i mätningen av utgångsnivån år Provet för elever i den grundläggande utbildningen bestod av 21 flervalsuppgifter och fem produktionsuppgifter. I provet för gymnasieelever ingick 22 flervalsuppgifter, 11 produktionsuppgifter samt två påståenden, indelade i nio delar. I den grundläggande utbildningen var det vanligaste betygsvitsordet i natur- och miljökunskap åtta i såväl pilotskolorna som i jämförelsegrupperna. För gymnasieeleverna var det vanligaste vitsordet i samtliga naturvetenskapliga ämnen nio. Flickorna i den grundläggande utbildningens provgrupper hade statistiskt sett, signifikant mycket bättre vitsord än pojkarna. Även i pilotgymnasierna var flickornas vitsord i biologi och geografi bättre än pojkarnas. Däremot var pojkarnas vitsord i fysik bättre än flickornas. I jämförelsegrupperna var skillnaderna i betygsvitsorden mellan pojkar och flickor mindre. Dock var skillnaderna mellan vitsorden i de olika ämnena större än i pilotgymnasierna. Elevernas kunskaper i de naturvetenskapliga ämnena granskades på basen av lösningsprocenterna enligt skalan: > 80 % berömligt, 80 % 60 % nöjaktigt, 60 % 40 % försvarligt och < 40 % svagt. Den grundläggande utbildningens provgrupper presterade i genomsnitt nöjaktigt i flervalsuppgifterna (pilotskolorna 77,6 % och jämförelsegrupperna 77,1 %). Lösningsprocenten då det gällde produktionsuppgifterna, var ca 10 procent lägre för såväl pilotskolorna som jämförelsegrupperna. Båda gruppernas resultat var dock nöjaktiga. Enligt de genomsnittliga lösningsprocenterna för provet i sin helhet, var elevernas kunskaper nöjaktiga (pilotskolorna 74,6 % och jämförelsegrupperna 74,1 %). Inga statistiskt signifikanta skillnader förekom mellan pilotskolorna och jämförelsegrupperna. I den grundläggande utbildningen fick såväl pilotskolornas pojkar som pojkarna i jämförelsegrupperna, statistiskt sett, mycket bättre resultat än flickorna. Pilotskolornas flickor klarade produktionsuppgifterna bättre än pojkarna, men i jämförelsegrupperna var pojkarnas resultat även i detta delprov bättre än flickornas. Skillnaderna i produktionsprovet var inte statistiskt signifikanta. Då hela provet beaktades, skilde sig pojkarnas och flickornas resultat inte nämnvärt från varandra i pilotskolorna. Däremot var pojkarnas genomsnittliga resultat, statistiskt sett, signifikant bättre än flickornas då det gällde jämförelsegrupperna. Inga signifikanta skillnader förekom i den grundläggande utbildningen mellan de finsk- och de svenskspråkiga pilotskolornas resultat. 5

6 I den grundläggande utbildningen fick pilotskolorna i EU6-området, d.v.s. glesbygdsområdet, ett anmärkningsvärt mycket bättre provresultat än gruppen från EU0-området. Jämförelsegruppernas landsortselever fick ett anmärkningsvärt bättre resultat än stadseleverna då man beaktade provet i sin helhet. Provgrupperna i den grundläggande utbildningen år 1999 klarade flervalsuppgifterna klart bättre och produktionsuppgifterna sämre än de elever som deltog i provet år I hela provet presterade eleverna i den grundläggande utbildningen år 1999 bättre än år Eleverna i pilotgymnasierna och i jämförelsegrupperna klarade flervalsuppgifterna nöjaktigt (pilotgymnasierna 64,1 % och jämförelsegrupperna 62,9 %). De genomsnittliga poängtalen för pilotgymnasierna och jämförelsegrupperna skilde sig inte anmärkningsvärt från varandra, men pojkarnas resultat var, statistiskt sett, i vardera provgruppen signifikant bättre än flickornas. De genomsnittliga lösningsprocenterna för produktionsuppgifterna låg på samma nivå för pilotgymnasierna (39,0 %) och jämförelsegrupperna (38,3 %). Kunskapsnivån var svag i såväl pilotgymnasierna som i jämförelsegrupperna. Pojkarnas kunskaper var bättre än flickornas. Pojkarnas kunskapsnivå var nöjaktig, medan flickornas nivå var svag. Pilotgymnasiernas resultat (53,9 %) var något bättre än jämförelsegruppernas (53,1 %). Då hela materialet beaktades framkom ingen statistiskt signifikant skillnad. Pojkarnas resultat var dock både i pilotgymnasierna och i jämförelsegrupperna, statistiskt sett, signifikant bättre än flickornas. De finskspråkiga elevgruppernas resultat i pilotgymnasierna, var både gällande flervals- och produktionsuppgifterna samt hela provet, statistiskt sett, signifikant bättre än de svenskspråkiga gruppernas. Skillnaderna mellan jämförelsegrupperna var inte statistiskt signifikanta. Pilotgymnasisternas resultat i stadsskolorna var för hela provets del, statistiskt sett, signifikant bättre än pilotgymnasisternas i landsortsskolorna. Statistiskt signifikanta skillnader förekom inte för jämförelsegruppernas del, trots att skillnader existerade. När man jämförde gymnasiernas provresultat från år 1996 med provresultaten för år 1999, framkom det att pilotskolornas elever, i synnerhet pojkarna, år 1999 klarade sig bättre än pilotskolorna i det första mätningen av utgångsnivån. Den genomsnittliga lösningsprocenten för varje delprov, var för pojkarna i pilotskolorna år 1999 mellan drygt två procentenheter och knappa fyra procentenheter högre än för samma grupp år Jämförelsegruppernas resultat uppvisade inte motsvarande skillnader. Nyckelord: LUMA-projektet, utvärdering, grundläggande utbildning, gymnasium, natur- och miljökunskap, naturvetenskap, biologi, geografi, fysik, kemi, inlärningsresultat, jämlikhet i utbildningen. 6

7 ABSTRACT In the autumn of 1999 the Mathematics and Science Project at The National Board of Education made the second entry test in natural sciences, joined to the evaluation of the national development project for teaching sciences. This test is a continuation for the quality evaluation started in the autumn 1996 and it was directed to two target groups: for the pupils starting their studies in comprehensive school at 7 th year-class and for students starting their first year studies in the senior secondary school in the autumn The entry tests helped to evaluate the standard of knowledge in natural sciences, the realisation of educational equality and influences of the LUMA project on the learning results by comparing the test results of the pilot schools with those of the control schools and the results of the entry test in the autumn 1996 with those of the autumn The evaluation group of 36 pilot comprehensive schools consisted of pupils and the group of 23 control schools 690 pupils. The pilot group of 34 senior secondary schools consisted of students and the control group from 23 senior secondary schools consisted of 658 students. The size of the test group in one school was on an average 30 pupils. Both the pilot schools and the control schools were the same schools as in the first entry tests of The test for the comprehensive school consisted of 21 multiple-choice tasks and 5 productive tasks the test for the senior secondary schools consisting of 22 multiplechoice tasks, 11 productive tasks and 2 statement tasks in nine parts. The most common grade in both test groups of the pupils of the comprehensive school for the environmental and natural sciences was eight. The test group of the senior secondary school students had the grade nine as the most common number in all natural science subjects. The grades of the girls in comprehensive schools were statistically highly significantly better than those of the boys. Also the grades in biology and geography in the pilot senior secondary schools were significantly better for girls than those for boys but the grade mean for boys in physics was significantly better than that for the girls. The differences in grades for boys and girls were smaller in the control senior secondary schools. However, the differences in grade means of different natural science subjects were bigger in the control schools than in the pilot schools. The standard of knowledge was studied in percentages of the tasks solved: > 80 % = excellent, % = satisfactory, % = tolerable and < 40 % = poor. Both the test groups in the comprehensive schools reached on an average the satisfactory result in the multiple-choice tasks (pilots 77,6 % and controls 77,1 %). The solution percentage both for pilots and controls was about 10 per cent units lower in the productive test than in the multiple-choice test, the standard of knowledge being satisfactory, however. According to the average solution percentage of the whole test the standard of knowledge was satisfactory (pilots 74,6 % and controls 74,1 %).The differences in results for pilot and control schools were not statistically significant. The boys in the pilot and control comprehensive schools scored highly significantly better than the girls in the multiple-choice test. The girls in the pilot group scored a little better than the boys in the productive test but in the control group the boys were better than the girls in this test, too. There was no statistic significance in the result differences in the productive test. The results of the boys in pilot schools for the whole test did not significantly differ from those of the girls but the boys in the control schools got a highly significantly better test average than the girls in the controls. 7

8 There was no statistically significant difference between the results between the Finnish-speaking and Swedish-speaking pupils of the pilot comprehensive school group. The results of the whole test for the pilot comprehensive school pupils in the sparsely populated EU-support area (EU6) were statistically highly significantly better than those of the area with no EU-support (EU0). The pupils of the control rural schools got significantly better result than those of the town schools in the whole test. In the school year 1999 the groups of the comprehensive school did the multiple-choice tasks clearly better, the productive tasks worse but the whole test better than the pupils participating in the test in the school year of The students of the pilot and control senior secondary school did the multiple-choice tasks satisfactorily (pilots 64,1 % and controls 62,9 %). The averages for the pilot and control groups didn t differ significantly but the boys in both groups got highly significantly better results than the girls. The average percentages of the solution per cents for the productive tasks solved were at the same poor level for pilots and controls ( pilots 39,0 % and controls 38,3 %. However, the standard of knowledge of the boys was to some extent better than that of the girls and the standard of knowledge for them was satisfactory while it was poor for the girls. The mean result for pilots in the whole test (53,9 %) compared with that of the controls (53,1 %) didn t have statistic significance. Instead of that the results for the boys of both the pilot and control senior secondary school were statistically highly significantly better than those of the girls. The Finnish-speaking pilot group got highly significantly better results for the multiplechoice test, productive test and the whole test than the corresponding Swedish-speaking group. The differences in the results of the language groups for controls weren t statistically significant. The result of the whole test for the students in the town senior secondary schools was statistically significantly better than that for the students in the rural senior secondary schools. The corresponding difference of the control group students was statistically nearly significant. When comparing the results of the test in senior secondary schools of the year 1996 with those of the year 1999 it could be seen that the pilot students of the school year 1999 the boys in particularly did a little better than the pilot students of the first test in 1996: the percentage of the tasks solved in different sectors of the test was about 2-4 percent units better for the pilot boys in 1999 than for the boys in There were no differences in results for the control senior secondary school groups. Key words: LUMA-project, evaluation, comprehensive school, senior secondary school, environmental and natural sciences, natural sciences, biology, geography, physics, chemistry, learning results, educational equality. 8

9 KIITOKSET Raportin kirjoittaminen on paljolti yksinäistä puurtamista, mutta myös yhteistyötä. Aineisto saatiin kokeisiin osallistuneilta peruskouluilta ja lukioilta. Aineiston koodauksen ja tallennuksen on tehnyt projektisihteeri Marja Walldén. Tässä vaiheessa myös projektisihteeri Aulikki Etelälahti antoi hyödyllisiä neuvoja. Tulosten tilastollisista analyyseistä ovat vastanneet tutkimussihteeri Mari Huhtanen ja erikoistutkija Jari Metsämuuronen. Osastosihteeri Leena Aikio-Einiö on auttanut monissa käytännön asioissa kirjoitustyön aikana. Fil. yo. Leena Päres on lukenut tekstin suomen kielen asiantuntijana ja antanut monia ohjeita ja korjausehdotuksia luettavuuden parantamiseksi. Projektisuunnittelija Annika Sahi on kääntänyt tiivistelmän ruotsiksi ja tiivistelmän englanninkielisen asun on tarkistanut lehtori Hilkka Rajakorpi. Toimistosihteeri Sirpa Ropponen on vastannut julkaisun taitosta. LUMA-projektin opetusneuvokset Seija O. Lähdesmäki ja Marja Montonen ovat monin tavoin olleet avuksi raportin kirjoitusvaiheen aikana. Heidän käsikirjoitusta koskevat kommenttinsa ovat olleet hyödyksi raporttia muokattaessa. Opetushallituksen arviointiasiantuntijoilta opetusneuvos Ritva Jakku-Sihvoselta ja opetusneuvos Hannu Korhoselta olen myös saanut työtä parantavia neuvoja ja ideoita. Esitän parhaat kiitokseni edellä mainituille koetta toteuttaneille kouluyhteisöille sekä työtovereilleni ja asiantuntijoille neuvoista ja avusta raportin julkaisukuntoon saattamisessa. Helsingissä Antti Rajakorpi 9

10 SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ... 3 SAMMANDRAG... 5 ABSTRACT... 7 KIITOKSET JOHDANTO LÄHTÖTASOMITTAUKSEN TOTEUTUS Kokeen tavoitteet Kokeeseen osallistuneet yläasteet ja lukiot Kokeen rakenne Yläasteen koe Lukion koe Koejärjestelyt Aineiston käsittely YLÄASTEIDEN TULOKSET Ympäristö- ja luonnontiedon arvosanat Lähtötasomittauksen tulokset Tulokset tehtävittäin ja aineittain Tulokset aihealueittain Tulokset osakokeittain LUKIOIDEN TULOKSET Luonnontieteiden arvosanat Lähtötasomittauksen tulokset Tulokset tehtävittäin ja aineittain Tulokset aihealueittain Tulokset osakokeittain

11 5 TULOSTEN TARKASTELUA Luonnontieteiden arvosanat Koetulokset Tulokset tehtävittäin Tulokset aineittain, aihealueittain ja kokonaisuutena Koetulosten riippuvuus todistusarvosanoista Tasa-arvonäkökulma Sukupuoli Kieli Alueelliset näkökohdat Koetehtävien pätevyys ja luotettavuus YHTEENVETO Toteutus Tulokset Tulosten tarkastelua koulutuksellisen tasa-arvon kannalta Johtopäätökset LÄHTEET LIITTEET

12 1 JOHDANTO Leikolan komitea (Komiteanmietintö 1989) arvioi matemaattis-luonnontieteellisen perussivistyksen tilaa Suomessa ja teki esitykset yleissivistävän kouluopetuksen kehittämiseksi. Tavoitteiksi asetettiin tiedon hankinnan, käsittelyn, arvioinnin, yhdistelyn ja soveltamisen taidot. Erityisen tärkeäksi komitea näki luonnontieteiden opetuksen painottamisen kokeellisuuteen. Pääministeri Lipposen I hallituksen ( ) ohjelman yhtenä tavoitteena oli matemaattis-luonnontieteellisen osaamisen nostaminen kansainväliselle tasolle ja Lipposen II hallituksen (1999 ) ohjelmassa tähän tavoitteeseen pyrkimistä vahvistetaan (Opetusministeriö 1999). Matematiikan ja luonnontieteiden osaamisen merkitys on voimakkaasti lisääntynyt pyrittäessä vastaamaan tietoyhteiskunnan, tietoteollisuusalojen sekä Suomen kilpailukyvyn ja työvoimatarpeen haasteisiin. Luonnontieteet ovat avainasemassa, kun etsitään ratkaisumalleja globaaleihin ympäristökysymyksiin. Myös kestävän kehityksen turvaavan tiedon ja osaamisen tasoa on nostettava niin kansalaisten arkielämässä kuin poliittistaloudellisessa päätöksenteossa. Matematiikan ja luonnontieteiden riittävän osaamisen esteenä on pidetty muiden muassa sitä, että pitkää matematiikkaa sekä fysiikan ja kemian syventäviä kursseja opiskelevia ei ole ollut riittävästi lukioissa verrattuna korkeakoulujen tarpeisiin. Myös oppimistuloksissa on toivomisen varaa. Lisäksi sekä matematiikan että luonnontieteiden aineenopettajia valmistuu arvioituun tarpeeseen nähden liian vähän. Tähän liittyy myös sukupuolten välinen tasa-arvo-ongelma, sillä erityisesti fysiikkaa ja teknologiaa opiskelevia naisia on ollut vähän (ks. Heinonen 1996 ja Aksela & Juvonen 1999). Matemaattis-luonnontieteellisen osaamisen kohentamiseksi opetusministeriö julkisti 1996 matematiikan ja luonnontieteiden osaamisen kehittämistalkoiden ohjelman vuosiksi (Heinonen 1996). Ohjelman pohjalta Opetushallitus käynnisti valtakunnallisen matematiikan ja luonnontieteiden kehittämisprojektin (LUMA). Vuonna 1999 tehdyn väliarvioinnin pohjalta opetusministeriö laati täsmennetyn kehittämistalkooohjelman Suomalaisten matematiikan ja luonnontieteiden osaaminen vuonna 2002 (Opetusministeriö 1999). 12

13 Eri puolilla Suomea on kiinnostus matematiikan, fysiikan, kemian, biologian ja luonnonmaantiedon opetuksen kehittämiseen edelleen lisääntynyt niin, että kaikkiaan 78 kuntaa haki Opetushallituksen LUMA-projektin toiseen vaiheeseen ( ). Jotta luonnontieteiden opetus kehittyisi koko maassa, kaikki hakijakunnat päätettiin ottaa mukaan. Kunnista 31 on nimetty yhteistyökunniksi ja loput ovat verkkokuntia. Nämä yhdessä muodostavat 16 alueellista kehittämisverkkoa. Hankkeessa mukanaolevien koulujen määrä on noin 280. LUMA-hankkeeseen liittyy myös laadunarviointi, joka pyritään liittämään oppimisprosessin luonnolliseksi osaksi. Opetushallitus järjesti syyslukukaudella 1996 yhdessä Jyväskylän yliopiston Koulutuksen tutkimuslaitoksen kanssa lähtötasomittauksen LUMA- ja vertailukuntien peruskoulujen 7. luokille ja lukioiden sekä ammatillisen peruskoulutuksen pilottioppilaitosten aloitusryhmille. Koetehtävät olivat pääosin kolmannen kansainvälisen matematiikan ja luonnontieteiden koulusaavutustutkimuksen (The International Association for the Evaluation of Educational Achievement/Third International Mathematics & Science Study; IEA/TIMMS) tehtäviä (Leino 1997). Opetushallitus aloitti keväällä 1998 kansallisen oppimistulosten arvioinnin matematiikan ja luonnontieteiden kokeilla peruskoulun 9.- luokkalaisille. Myös LUMA-koulut osallistuivat näihin arviointeihin (ks. Korhonen 1999 ja Rajakorpi 1999a). Opetushallitus järjesti ammatillisille oppilaitoksille luonnontieteiden oppimistulosten arvioinnin syksyllä 1998, johon osallistui opiskelijoita 11:sta LUMA-oppilaitoksesta (Saloheimo 1999). Tämä raportti on jatkoa 1996 aloitetulle LUMA-hankkeen laadunarviointityölle ja koskee peruskoulun 7.-luokkalaisille ja lukioiden aloitusryhmille syksyllä 1999 järjestetyn lähtötasomittauksen tuloksia. Kokeet koostuivat osaksi samoista tehtävistä (IEA/TIMMS) kuin syksyn 1996 lähtötasoarviointi. Peruskoulun kokeessa oli 12 yhteistä tai korkeintaan vähän muutettua tehtävää ja lukioiden aloitusryhmien kokeessa 21 samaa tehtävää. Näiden tehtävien avulla voidaan arvioida luonnontieteiden osaamisessa tapahtuneita muutoksia. 13

14 2 LÄHTÖTASOMITTAUKSEN TOTEUTUS 2.1 Kokeen tavoitteet Peruskoulun yläasteiden ja lukioiden aloitusryhmille järjestettyjen lähtötasomittausten avulla arvioidaan - luonnontieteiden osaamisen tasoa yläasteen ja lukio-opintojen alussa - luonnontieteiden osaamisen muutoksia vuoden 1996 lähtötasoon verrattuna - LUMA-hankkeen vaikuttavuutta vertaamalla pilotti- ja verrokkikoulujen tuloksia - ympäristö- ja luonnontiedon sekä luonnontieteiden todistusarvosanojen ja koetulosten korrelaatioita - koulutuksellisen tasa-arvon toteutumista. 2.2 Kokeeseen osallistuneet yläasteet ja lukiot Opetushallituksen matematiikan ja luonnontieteiden projekti järjesti valtakunnalliseen matematiikan ja luonnontieteiden opetuksen kehittämishankkeen vaikutusten arviointiin liittyvän luonnontieteiden toisen lähtötasomittauksen syksyllä Testit oli laadittu peruskoulun 7. luokan syksyllä 1999 aloittaneille oppilaille ja lukio-opinnot samoin syksyllä 1999 aloittaneille opiskelijoille. Kokeet pidettiin viikolla 41. Raportissa käytetään LUMA-peruskouluista nimityksiä pilotit tai pilottiyläasteet ja LUMA-lukioista pilotit tai pilottilukiot. LUMA-kehittämishankkeen pilottikuntien ja -koulujen valinnassa pyrittiin hanketta vuonna 1996 aloitettaessa saamaan erilaisia kouluja maan eri osista. Erityisen tehtävän saaneet koulut rajattiin ulkopuolelle. Yleistä hakua ei järjestetty. Pilottikuntien valinnan kriteerit ovat liitteenä (Liite 1). Syksyn 1999 kokeisiin osallistui 36 pilottiyläastetta. Tilastokeskuksen luokituksen mukaan (Tilastokeskus 1999) näistä oli peruskoulun yläasteen kouluja 28, yksi peruskouluasteen erityiskoulu ja seitsemän harjoittelukouluja. Vertailukouluina eli verrokkeina kokeeseen osallistui 23 yläasteen koulua. Myös verrokkikoulut olivat samoja kuin syksyllä 1996 järjestetyssä kokeessa. Niiden valinnassa noudatettiin soveltuvin osin samoja kriteereitä kuin pilottikoulujen valinnassa. 14 Lukioasteen lähtötasomittaukseen osallistuneita pilottilukioita oli 34. Näistä kahdeksan oli harjoittelukoulujen lukioasteita. Vertailuryhmänä oli 23 muuta lukiota. Taulukossa 1 annetaan yksityiskohtaisempaa tietoa kokeisiin osallistuneiden määristä ja kielijakaumasta.

15 Valtakunnallisissa perusopetuksen 9.-luokkalaisten oppimistulosten arvioinneissa on koulujen otannassa käytetty taustamuuttujina EU-alueita ja kuntaryhmiä (ks. esimerkiksi Rajakorpi 1999a). Tämän vuoksi myös tässä raportissa tarkastellaan tuloksia näitä aluejakoja hyväksikäyttäen. EU-tukialueet ovat seuraavat: EU0 = ei EU-tukea; EU2 = taantuvat teollisuusalueet; EU5b = maaseudun kehittämisalueet; EU6 = harvaan asutut alueet. Kuntaryhmät nimetään Tilastokeskuksen käytännön mukaisesti: kaupunkimaiset kunnat, taajaan asutut kunnat ja maaseutumaiset kunnat. Raportissa käytetään lyhyesti nimityksiä kaupungit, taajamat ja maaseutu. TAULUKKO 1. Luonnontieteissä syksyllä 1999 järjestettyyn LUMA-lähtötasomittaukseen osallistuneet. Valtaosa pilottiyläasteiden kokeeseen osallistuneista oppilaista oli EU0- alueelta. EU5b- ja EU2-alueilta oli kummassakin vain 1/8 koeryhmästä. Verrokkiryhmässä taantuvan teollisuusalueen (EU2) osuus oppilaista jäi noin 11 %:iin (Kuviot 1 ja 2). KUVIO 1. Pilottiyläasteiden koeryhmän oppilaat (N = 1 073) EU-tukialueittain. 15

16 KUVIO 2. Verrokkiyläasteiden koeryhmän oppilaat (N = 690) EU-tukialueittain. Lähtötasokokeeseen osallistuneiden pilottilukioiden opiskelijoiden EUaluejakauma oli hyvin samantyyppinen kuin pilottiyläasteidenkin. Verrokkilukioiden opiskelijat jakautuivat tasaisemmin kaikkien neljän alueen kesken (Kuviot 3 ja 4). KUVIO 3. Pilottilukioiden koeryhmän opiskelijat (N = 1 007) EU-tukialueittain. KUVIO 4. Verrokkilukioiden koeryhmän opiskelijat (N = 658) EU-tukialueittain. 16

17 Valtaosa pilottiyläasteiden ja -lukioiden oppilasryhmistä oli kaupunkimaisista kunnista. Verrokkiyläasteiden koeryhmä jakautui tasaisemmin kaupunkien ja maaseudun kesken, ja taajaan asuttujen kuntien koulujen oppilaita oli mukana noin 1/8. Vain 9 % verrokkilukioiden opiskelijoista oli taajaan asutuista kunnista (Kuviot 5 ja 6; 7 ja 8). KUVIO 5. Pilottiyläasteiden koeryhmän oppilaat kuntaryhmittäin. KUVIO 6. Verrokkiyläasteiden koeryhmän oppilaat kuntaryhmittäin. 17

18 KUVIO 7. Pilottilukioiden koeryhmän opiskelijat kuntaryhmittäin. KUVIO 8. Verrokkilukioiden koeryhmän opiskelijat kuntaryhmittäin. 18

19 2.3 Kokeen rakenne Yläasteen koe Peruskoulun kokeessa oli 21 monivalintatehtävää, joissa kussakin vastaajan piti valita yksi vaihtoehto neljästä. Kahdessa tehtävässä oli viisi vaihtoehtoa. Oikeasta ratkaisusta sai yhden pisteen. Lisäksi kokeeseen sisältyi 5 tuottamistehtävää, joista kukin tuotti enintään 2 pistettä. Koko kokeen 26 tehtävästä oli mahdollisuus saada yhteensä 31 pistettä (Taulukko 2). TAULUKKO 2. Yläasteen ympäristö- ja luonnontiedon koetehtävien luokittelu oppiaineiden mukaan. Ryhmä science = integroivat monioppiainetehtävät. Peruskoulun opetussuunnitelman perusteissa (Opetushallitus 1994, ks. myös Opetushallitus 1999) oppiainekokonaisuus ympäristö- ja luonnontieto sisältää biologian, maantiedon, ympäristöopin ja kansalaistaidon tavoitteita ja sisältöjä, ja siinä tarkastellaan luontoa ja ihmistä sekä näiden vuorovaikutussuhteita. Perusopetuksen luokka-asteilla oppilasta tutustutetaan hänen oman luontaisen kiinnostuksensa pohjalta yksinkertaisiin luonnontieteellisiin tutkimusmenetelmiin, edetään ilmiöiden havaitsemisesta peruskäsitteiden jäsentämiseen ja tiedon hyödyntämiseen. Sekä poikien että tyttöjen huomiota kiinnitetään fysiikan ja kemian ilmiöihin. 19

20 Vaikka peruskoulun 7. luokkien koetehtävät laadittiin ympäristö- ja luonnontiedon tehtävinä, ne ryhmiteltiin Taulukkoon 2 oppiaineittain, kuten oli menetelty myös syksyn 1996 lähtötasokokeissa (Leino 1997). Integroivia monioppiaineisia luonnontieteen tehtäviä nimitetään raportissa science-tehtäviksi. Ainekohtaiset koetulokset laskettiin koko kokeen biologian, fysiikan, kemian ja science-tehtävistä. Koetehtävien painopiste oli fysiikassa ja science-tehtävissä. Biologiasta oli viisi tehtävää. Puhtaasti luonnonmaantiedon tehtäväksi oli luokiteltavissa vain yksi tehtävä, tehtävä 1. Se tehtävämäärä ei ole riittävä maantiedon osaamisen arviointiin. Lähes samoin on asianlaita kemiassa, josta oli vain kaksi tehtävää. LUMA-kehittämishankkeen ensimmäisen lähtötasoarvioinnin tehtävät luokiteltiin Opetushallituksessa seuraaviin aihealueisiin: muistaminen, tiedon tulkinta, käsitteen ymmärtäminen, tiedon soveltaminen ja tutkimuksen suunnittelu (Leino 1997). Taulukossa 3 on syksyn 1999 yläasteen luonnontieteen tehtävät luokiteltu samalla tavalla. TAULUKKO 3. Yläasteen koetehtävien luokittelu aihealueittain. Aineet: BI = biologia, GE = maantieto, FY = fysiikka, KE = kemia, SCI = science Lukion koe Lukioasteen koetehtävät on ryhmitelty aineittain Taulukkoon 4 ja aihealueittain Taulukkoon 5. Koe koostui 22 monivalintatehtävästä ja 11 tuottamistehtävästä. Lisäksi kokeessa oli kaksi tehtävää, joihin kumpaankin sisältyi 9 väittämää. Vastaajien piti kussakin monivalintatehtävässä valita oikea vaihtoehto neljästä, yhdessä tehtävässä viidestä vaihtoehdosta. Kukin oikea valinta tuotti yhden pisteen. Tuottamistehtävissä saattoi yhdeksästä tehtävästä saada kustakin kaksi pistettä ja kahdesta tehtävästä kolme pistettä. Väittämät sisälsivät kumpikin 9 oikein/väärin-väittämää. Vähintään kolme oikeata merkintää tuotti yhden pisteen, vähintään 6 oikeata merkintää 2 pistettä ja vähintään 8 oikein 3 pistettä. Koko kokeen maksimipistemäärä oli 52 pistettä. 20